用于熱能儲存器的設備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于可簡單擴展的熱能儲存器的設備，其特征在于，所述設備包括：外殼，所述外殼為澆鑄模殼和加固件的結合；硬化混凝土形式的固態(tài)熱儲存介質，其在所述外殼內被澆鑄并且被硬化。還提供了用于構建及使用該設備的方法，以及包括本發(fā)明的設備的熱能儲存器。
【專利說明】
用于熱能儲存器的設備
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及能量儲存，更具體地，本發(fā)明涉及用于固態(tài)熱能儲存器(TES)的設備，該設備使得熱能儲存器的制造、按比例擴展或縮減、運行和維護變得更加簡單，更加有效和持久耐用，從而降低儲存和后續(xù)輸送能量的成本。
【背景技術】
[0002]電和熱形式的能源對于當今社會是至關重要的。今天所有能源主體來自于化石一次能源，如煤、油和天然氣?；茉吹呐欧抛罱K會導致全球變暖和其他負面的環(huán)境影響。全球現在已經開始慢慢向可再生能源，如太陽能和風能轉變。這些能源的固有性質在于它們依賴陽光、天氣和氣候環(huán)境，這最終導致能源供應的間歇性和較低的可靠性。絕大多數國家都有決心在其能源構成中增加可再生能源的比重，并且逐步淘汰污染嚴重的火力發(fā)電廠。遺憾的是，因為絕大多數可再生能源不可靠，并且當需要可再生能源時不能保證能源的輸送，因此簡單地關閉掉這些發(fā)電廠被證明是非常困難的；因此，不得不維持傳統(tǒng)發(fā)電的職能，而不能將其淘汰。因為這個原因，高效的大型儲能器已被確定為促進向依賴可再生能源轉變，并且使來自可再生能源的能量具有可預見性和可靠性的關鍵推動因素。
[0003]熱能儲存器(TES)在將來會發(fā)揮重要作用，尤其是在聚光太陽能(CSP)發(fā)電廠，太陽能場生成的熱在白天可以儲存，并且在傍晚和夜晚可以釋放以供使用。TES還可通過將多余的電能轉化為熱而儲存來自于風電廠或光伏電廠的多余能量，這些熱可以重新轉化為電能。TES還可以應用于基于傳統(tǒng)化石的發(fā)電廠或核能發(fā)電廠，可以增加可作的靈活性，這在間歇可再生能源具高普及率的地區(qū)變得越來越迫切。
[0004]能源儲存實際上是從能源生成時間向能源需求時間轉移能源的時間問題。關于能源儲存，有一些因素是特別令人感興趣的，例如能源損失、儲存容量、輸入輸出期間的能源轉移率，當然還有成本。挑戰(zhàn)在于開發(fā)可以在這些因素上不負所望的能源儲存技術。能源儲存允許在可變能源不能被輸送的時候輸送能源，使得更大比例的能源成為可再生的和環(huán)保的。此外，因為能源和儲存器可以同時傳送能量，最大輸送量可以被提高，并且由于儲存器可以位于有需求的地點，電能或熱能的傳遞網絡可以更小。
[0005]雖然得到了政府提供的支持，但是整體的成本性能是并且將會是大規(guī)模轉向可再生并且可持續(xù)的能源的主要動力。最終，嚴峻的考驗在于提出一種可持續(xù)能源科技，并且尤其是，提出一種新能源儲存技術，可以有助于急切需求的向環(huán)保能源供應的轉變。
[0006]在公布的專利申請WO 2012/169900 Al中，描述了一種TES，該TES具有優(yōu)于現有儲存器的性能。更具體地，為熱儲存器提供了一種實用并且具有成本效益的方案，所述熱存儲器利用固態(tài)材料作為主要儲存介質，允許能量作為高溫熱量進行儲存，這意味著熱能處于足夠高的溫度，以至于可以在汽輪發(fā)電機組或者等同的裝置內將熱有效地轉化為電能。根據WO 2012/169900 Al的權利要求1，必要技術特征包括包含傳熱流體的傳熱容器，傳熱流體的所有傳熱對流和傳導都發(fā)生在該傳熱容器內。用于能源輸入的裝置為高壓管，該高壓管用于接收熱量，所述熱量來自于太陽能發(fā)電廠、燃煤電廠、核能源、生物能源以及其他可以用熱流體傳送能量的能源，以及可選地來自于電力能源，該電力能源用于接收來自于可傳送電能的能源，如基于風力渦輪機或光伏電壓的太陽能發(fā)電廠的能量。用于能量輸出的裝置為單獨的高壓管或者相同的用于熱輸入的高壓管。WO 2012/169900 Al的熱能源儲存器被稱為NEST熱能儲存器。
[0007]在國際專利申請WO 2014/003577 Al中，描述了WO 2012/169900 Al中的熱能儲存器是如何地有益，從而簡化各種類型的能源發(fā)電廠并且提高各種類型的能源發(fā)電廠的效率，所述能源發(fā)電廠可以是聚光太陽能發(fā)電廠。其必要特征為將能量從熱源轉移到，并且輸送該儲存的熱到汽輪機或其他用戶提供了效率和簡化。
[0008]即使WO 2012/169900 Al和WO 2014/003577 Al的理論提供了邁向增加應用環(huán)保能源以替代化石能源和核能源的重要步驟，但是依然有待改進。實際上，即使政府為了加強向更環(huán)保的技術方案的轉向而作了規(guī)定，但是在這方面成本依然是并且將來也會是主動力。成本不僅涉及到材料成本和構建成本，還涉及到運作成本、耐用性、維護和整體能源效率。尋求一種固態(tài)TES的改進的技術和設計可以產生重大的經濟影響，從而有助于在更加可持續(xù)發(fā)展的方向上轉變能源市場。
[0009]因此，對于可以降低成本并且加強TES的性能的技術，存在相應的需求。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明提供了一種用于熱能儲存器的極其簡單且多用途的設備，以滿足上述需求。
[0011]更具體地，本發(fā)明提供了一種用于可簡單擴展的熱能儲存器的設備，其特征在于該設備包括:
[0012]外殼，所述外殼為澆鑄模殼和加固件的結合；
[0013]硬化混凝土形式的固態(tài)熱儲存介質，其在所述外殼內被澆鑄并且被硬化。
[0014]優(yōu)選地，該外殼為金屬殼?；蛘?，該外殼為織物殼，例如碳纖維殼、玻璃纖維殼、或硼纖維殼，或者復合材料殼或者碳材料殼，或者滿足特定實施例及其應用的功能性需求的其他材料。更具體地，加固強度、熱導性、在高溫下的性質以及最終的成本都是用于滿足功能性需求的最相關的參數。外鋼殼，如碳鋼殼或者不銹鋼殼對于大多數實施例是最優(yōu)選的。
[0015]外殼優(yōu)選為金屬殼，橫截面形狀為圓形、六邊形、正方形、矩形、具有圓角或者半圓形短邊的矩形，或多邊形或其他形狀。優(yōu)選地，對于具有超高溫或者較大動態(tài)溫度范圍的應用，該設備的橫截面形狀為圓形，以便最好的承受熱應力。
[0016]優(yōu)選地，外殼的一端是開放的，新鮮的未硬化混凝土被灌入并澆鑄到該開放端中。可選的，該開放端在澆鑄之后被金屬殼蓋封閉，這對于設備將要被完全容納在熱能儲存器的殼體內的實施例是較優(yōu)的?；蛘?，該外殼兩端可以均是開放的，但是在澆鑄期間一端具有初始的蓋，具有或者不具有用于讓熱交換器或者其他設備被澆鑄進去并且從而埋入的的開口。澆鑄固態(tài)熱儲存混凝土的方法優(yōu)選為可一步完成的方法，然而，該澆鑄方法可以包括多個步驟，例如在第一步之后為熱交換器留有鉆孔;插入熱交換器，隨后在熱交換器內澆鑄并且從而埋入所述熱交換器，利用同樣質量的混凝土或者更高質量的灌漿用于該隨后澆鑄。
[0017]該外金屬殼是波紋狀的，具有規(guī)則的波紋或者具有螺線管型的突起表面，或者該金屬殼為光滑平整的。
[0018]本發(fā)明設備優(yōu)選包括熱交換器和電熱設備中的一個或兩個，作為熱輸入和輸出的裝置;所述裝置已經被澆鑄到混凝土內并且從而被埋入到該設備內。最優(yōu)選地，該熱交換器的大小滿足在正常運作情況下，可提供傳熱流體的紊流。對于小直徑管熱交換器，這意味著ReMOOO，更優(yōu)選地，Re>5000，其中Re為雷諾氏數。為此，該管必須具有相比于流速相對較小的內直徑，因此命名為小直徑管。對于本領域技術人員眾所周知，Re = QD/vA，其中Q為容積流率(m3/s)，D為內管直徑(m)，V為運動粘度(m2/s)，而A為管橫截面面積(m2)。相較于較大直徑管，該小直徑管還有利于用于熱輸入和輸出的高壓流體在壁相對較薄的管內的流動。對于其他橫截面形狀，Re在正常運作情況下應該相應地也在可形成紊流的范圍內，因為熱交換器內的紊流可提高熱交換?？蛇x地，該熱交換器具有外部鰭片、凸起、金屬板或者其他可增加表面積的結構展開物，用于與固態(tài)儲存介質進行熱交換，然而，在具體設計時必須注意有關避免混凝土開裂的警示。作為埋入式電加熱器的替代或輔助，在所述流體抵達該設備之前，可以通過加熱該傳熱流體而產生電源熱輸入。
[0019]在一用于高溫應用的實施例中，由于抗熱應力，該設備包括小直徑管式熱交換器；該小直徑管式交換器的形式為:設置于直徑較大的具密封端的管段內的具開放端的直徑較小的管段。
[0020]優(yōu)選地，該設備包括一個或多個埋入式小直徑圓筒形管式熱交換器，作為一個、兩個、三個、四個或者更多的U型管段，優(yōu)選為平行地排列在固態(tài)熱儲存材料內，但是連接到共同的入口和共同的出口的兩個U型管段，或者包括一個或多個螺旋狀的埋入式小直徑管式熱交換器。這些實施例對于較寬運行溫度范圍和動態(tài)溫度范圍是較優(yōu)的。如上文所提到的，術語“小直徑管”表示相比于流速而言的較小直徑，可在正常流速下導致紊流。具有多個U型小直徑管或者多個U型或其他形狀的熱交換器設備的實施例可以應用于一個連續(xù)的管系統(tǒng)或者為多個管系統(tǒng)，該多個管系統(tǒng)串行或并行地連接。連續(xù)的管系統(tǒng)可以節(jié)省連接并且減少可能的泄漏點，但是可能難以實現。
[0021]該設備優(yōu)選包括用于熱輸入和輸出的埋入裝置，該裝置具有來自于該設備一側的連接點或者端部。該外殼優(yōu)選為由薄板狀金屬制成的鋼殼；該薄板狀金屬的壁厚為0.1-lmm，優(yōu)選壁厚約為0.5mm，并且它由鋼條彎折而成并形成圓形的橫截面形狀，類似于通風管，并且可選地還可被形成例如六邊形的橫截面形狀，其具有底蓋或者帽。該固態(tài)熱儲存介質優(yōu)選為容易澆鑄的灌漿或者混凝土混合物，相對于作為用于建筑目的的標準混凝土的普通建筑用混凝土，其具有增強的熱儲存能力，增強的導熱性以及對熱致開裂的增強的抵抗力。本申請中的術語“混凝土”包括可硬化為外殼的耐熱性材料，可用于最高的運行溫度。該外金屬殼備選地還通過將扁平的金屬條縱向折疊，并且通過焊接或者折疊將該條帶的側邊連接而制成。
[0022]本發(fā)明還包括一種構建根據本發(fā)明的設備的方法。該方法的特征在于以下步驟:
[0023]將該外殼置于豎直位置，并使其具有開放的上端；
[0024]將灌漿或混凝土混合物填充到該外殼內，直到指定水平;利用外金屬殼作為澆鑄模殼和加固件的結合。
[0025]優(yōu)選地，該方法還包括以下步驟:
[0026]在澆鑄前，根據需要利用間隔區(qū)和外部固定裝置，將用于熱輸入和熱輸出的裝置置于該外殼內；
[0027]填充灌漿或混凝土混合物直到指定水平，在該指定水平處，所述裝置的端部或連接點在豎直站立時在該設備的頂部上方向上延伸。
[0028]優(yōu)選地，該方法包括在澆鑄期間振動該設備，從而增加該混凝土的密實度并且消除氣泡。
[0029]本發(fā)明還提供了本發(fā)明的設備的應用，用于構建、按比例擴展或縮減，或者著手維護熱能儲存器。
[0030]具有作為相結合的澆鑄模殼和加固件的外殼如金屬殼，這一特征有助于節(jié)約成本、簡化、大批量生產可簡單運輸的設備。該設備優(yōu)選地不包括其他外殼或者加固件，除了可能的纖維或者在可澆鑄灌漿或混凝土中的特殊聚合物，以及被埋入的熱交換器或加熱器的可能的強固效應，這簡化了生產并且降低了成本。因此該外殼或者加固件由外殼構成。從橫截面上看，該設備以及進而該外殼優(yōu)選具有圓形或者基本為圓形的形狀；由于這樣可以對熱致開裂提供了極致的抵抗力，從而允許運行期間出現非常高的溫度以及非常高的動態(tài)溫度范圍，并且不會損壞該設備。該環(huán)形外殼具有理想的形狀，以承受在包括本發(fā)明設備的熱儲存器的運行期間由于溫度變化而面臨的環(huán)形張力。優(yōu)選地，該外殼類似于通風管的一段，通常被稱為“螺線”型管。這是一個彎曲的管，其中如果該管是通過彎曲形成，則鋼制或鋁制的金屬條被彎折并且/或者融合在一起。底蓋或帽或其類似物提供在下端。該殼的強度以及進而其厚度必須足以在灌漿或混凝土的澆鑄發(fā)生時承受液體靜壓力?；蛘?，在澆鑄和運行過程中強度足夠的任何管段可以被使用，或者所述金屬條可以被通過其他方式焊接或連接。通過將具有重疊的條帶置于兩個壓縮旋轉電極之間而電焊接該條帶，是備選的可行的連接方法的一個示例。然而，用于彎曲螺線型管或者通風管的機器在市場中可從多種供應商處以商業(yè)手段獲得，該機器可用于生產本發(fā)明設備的外殼。
[0031]本發(fā)明還提供了一種熱能儲存器，其特征在于它包括本發(fā)明的設備、隔熱殼體，該設備被放置到該殼體內，還包括用于熱能輸入和輸出的裝置。在本發(fā)明的儲存器中的本發(fā)明的設備的數量可以廣泛變化，而其中一個區(qū)別性特征在于該儲存器按照比例擴展和縮減是如何地簡單:僅通過添加或取出本發(fā)明的設備即可，該設備的尺寸和重量易于被構建現場的起重機搬運。儲存器內的設備的數量可能是2、5、10、40、100、200或500和更多，以及這些數字之間的任何整數。因此，所述數量的范圍可以是從小于10到數以萬計或者更多，這取決于每個設備的尺寸及其各自的能量儲存容量，以及整個儲存系統(tǒng)的理想的能量儲存容量。舉例來說，長度為12米且直徑為250_的設備可能能夠儲存25-50kWh或者更多的熱能，因此具有50MWh容量的TES會需要1000-2000個這樣的設備。同樣地，通過用起重機安裝、取出或者放入本發(fā)明的設備，安裝、維護、維修和替換是較容易的。該設備可以作為位于熱儲存器內的一組或多組設備而被放置成并排豎直站立，或者作為位于熱儲存器內的一組或多組設備堆疊而被水平地鋪設和堆疊。該設備可以放置于固定裝置內或者模板內，或者配置有用于堆疊的中間設備，或者該設備可以被放置成緊密堆疊或者堆積，這取決于現有發(fā)電廠或系統(tǒng)的所需性能和集成度以及可取得的能量源。不同的實施例具有不同的優(yōu)勢。然而存在兩組主要的實施例，即在該儲存器的空間內，在該設備和殼體內側之間具有或者不具有有源傳熱儲存流體。所述有源傳熱和儲存流體為停滯的或動態(tài)的。所述停滯的流體為液體，如熱采原油、熔融的鹽、或者熔融的金屬、或者液固相變材料(PCM)。所述動態(tài)流體為氣體或者液體。本發(fā)明的設備的密堆疊或者近密堆疊對于本發(fā)明中包含停滯傳熱或者儲存流體或者PCM的儲存器而言是可行的。在設備之間，動態(tài)主動傳熱和位于儲存器殼體內部的空間中的儲存流體對于允許環(huán)繞設備的流動的設備堆疊而言是可行的。這意味著流體流過該熱儲存器，在設備的外部和周圍，但是在該殼體內部流動，該儲存器殼體具有用于這種流體的入口和出口。該主動流體可以是熱氣體，如廢氣、燃燒氣、煙道氣或者其他熱氣，其達到的溫度對于外殼和可選的埋入式熱交換器或加熱器是可承受的，例如約1000-2000°C。油可作為主動傳熱和儲存流體，并且熔融的鹽或金屬也可以作為主動傳熱和儲存流體。該動態(tài)主動流體在殼體內的環(huán)繞該設備的流動可以通過重力或強制流動或者同時通過兩者實現。強制流動或者強制對流可以通過單獨抽取或壓縮，或者通過流體在被從來源處傳送時的自有壓力實現的。該儲存器的增加的熱儲存容量和增加的傳熱率中的一者或兩者在該殼體內部的設備與殼體之間提供有所述傳熱和儲存流體。此外，對于具有位于一些或所有設備內的埋入式熱交換器的熱儲存器實施例，可以促進經過該熱交換器的循環(huán)水或者其他可用流體的加熱和蒸發(fā)，這有利于將熱交換器直接連通汽輪機，例如蒸汽輪機。對于設備內的例如水到蒸汽的直接蒸發(fā)，當從該儲存器內提取能量時，流經熱交換器和儲存器的水流優(yōu)選地被設置為逐漸或分步向上流動的，其手段是將設備水平排列，并且使水流被設置成從設備到設備逐漸或分步向上流動。因此，埋入式熱交換器內的流動和重力導致的分離效應都在期望的向上方向上和朝向出口發(fā)揮著作用，該熱交換器的出口優(yōu)選位于該儲存器的高點，而該熱交換器的入口優(yōu)選位于該儲存器的低點。
[0032]本發(fā)明的設備可包括文中描述或示出的任何特征，可以是任何可實行的組合形式，每個這樣的組合形式都是本發(fā)明的實施例。本發(fā)明的儲存器可包括文中描述或示出的任何特征，可以是任何可實行的組合形式，每個這樣的組合形式都是本發(fā)明的實施例。本發(fā)明的方法可包括文中描述或示出的任何步驟或特征，可以是任何可實行的組合形式，每個這樣的組合形式都是本發(fā)明的實施例。
【附圖說明】
[0033]本發(fā)明通過5幅圖描述，其中:
[0034]圖1描述了本發(fā)明的設備；
[0035]圖2描述了本發(fā)明的設備的另一實施例；
[0036]圖3描述了執(zhí)行本發(fā)明的澆鑄過程的一種可能的方式；
[0037]圖4描述了本發(fā)明設備的另一實施例，以及包括本發(fā)明的設備的本發(fā)明的熱儲存器的細節(jié)；以及
[0038]圖5描述了具有多排埋入式熱交換器的本發(fā)明的設備。
【具體實施方式】
[0039]請參考圖1，其示出了本發(fā)明的雙U型彎頭設備I的縱截面和橫截面。用于熱儲存器的設備I包括用于熱輸入和輸出的裝置2、位于外金屬殼4內部的固態(tài)熱儲存介質3，所述外金屬殼4為澆鑄模殼和環(huán)形加固件的組合。該用于熱輸入的裝置為兩個小直徑管式熱交換器2中的一個或全部以及電加熱設備2E，并且用于熱輸出的裝置為所述小直徑管式熱交換器2。箭頭指示了傳熱流體(HTF)的流入和流出，并且圖中描述了間隔區(qū)5，用作吊耳的(可選的)鋼鉤6以及鋼后蓋7。該雙U型彎管設備的命名由來是兩個U型彎頭5U在混凝土或者灌漿中被平行地但是隔開一定距離地排列。每個小直徑管式熱交換器從設備的混凝土上方延伸，其上端延伸到該混凝土的上方，并且延伸到或接近設備的底端，其中該U型彎頭連接兩個平行的直管段。該彎頭5U通過焊接或其他方式連接到直細管段。或者，連續(xù)的細管可以在彎折機，例如感應彎折機中被彎折成正確的形狀，具有多個彎折和多個直段，并且僅有末端在混凝土上方向上延伸。可選地，一個或多個上部彎折可以延伸到混凝土上方以作為吊耳?；蛘?，設備內的兩個或多個埋入的U彎頭可以被串行連接。該管直徑足夠小以確保產生紊流，并且該排列可提供較小的熱傳導距離和較大的表面面積，同時提供可能用簡單的起重機提起和搬運的相對較小較輕的設備，這被認為是優(yōu)選的實施例。
[0040]請參考圖2，其中示出了本發(fā)明的管套管設備的縱截面和橫截面。類似或相同的設備與圖1具有相同的附圖標號。從圖中可以清晰地看出，在本實施例中，熱輸入和輸出裝置為位于外管2ο內部的內管2i。該內管2i具有開放的下端，當該設備處于豎直站立時，例如在澆鑄期間，該內管2i的下端并未一直向下延伸到該外管2ο的下端。外管的下端是關閉的，其要么緊抵該設備的下端的鋼蓋4L，要么被單獨的帽或蓋8封閉。類似的，該外管在頂部9朝向該內管封閉。在本實施例中，提供了內間隔區(qū)5i和外間隔區(qū)5ο用于分別在澆鑄期間支撐內管段和外管段。該管套管實施例在熱感應應力極大的情況下，如包括串行連接的多個設備的大型熱儲存器中的大量設備的端部，是可行的。該內管和已插入有該內管的外管的流動截面面積相似或相同，或者該內管和該已插入有內管的外管的雷諾氏數相似或相同，從而提供了紊流，這與現有技術的方案不同。
[0041]圖3描述了構建本發(fā)明設備的方法。更具體地，描述了澆鑄步驟，其中內部正確地排列有熱輸入和熱輸出裝置(未具體描述)的外金屬殼被以灌漿或混凝土進行填充，一直填充到指定的水平3Ρ (在圖1和圖2中可見)，在該指定的水平處，所述裝置的端部或連接處在豎直站立時在該設備的頂部上方向上延伸。在這方面，有必要利用外殼作為澆鑄模殼和環(huán)形加固件的結合，從而不需要獨立的模殼也不需要其他的加固件或者外殼。因此，避免了獨立澆鑄模殼和獨立的加固的成本和勞動，有利于簡化該方法和降低成本?？梢圆捎脗鹘y(tǒng)的混凝土混合和輸送設備，例如干混筒倉10、強制式混凝土混合機11和用于澆鑄操作的由起重器13搬運混凝土吊罐12。也可以采用其他備選的構建地點配置，如將混凝土混合物栗送到外殼內，或者利用進料和混合結合設備，例如用于進料和混合的螺桿或者輸送機，或者傳送帶。通常的設備高度在豎直站立情況下為4一 12米，通常的直徑為0.20 — 0.35米。通常的設備重量為0.4 — 2公噸。通過增加或去除設備，按比例擴展或縮減儲存是很簡單的，。通過使用起重器，替換損壞的設備也是很簡單的，，這有助于維護。當被定位于本發(fā)明的儲存器的位置時，該設備可以被直接澆鑄。
[0042]圖4描述了本發(fā)明的設備I的另一實施例，以及包括本發(fā)明設備的本發(fā)明的熱儲存器的細節(jié)。更具體地，通過橫截面C和縱向截面L描述的設備具有平整的近似矩形的截面形狀，從橫截面視圖可以看出，其具有半圓形狀的短邊。熱交換器2已經被鑄造在外殼或襯套4內的混凝土3內，從而被埋入。在本發(fā)明的熱儲存器中，設備可以排列為垂直或水平方向，或者傾斜方向。本發(fā)明的儲存器S的細節(jié)也被示出，該儲存器S具有交錯組織結構的設備，用以改進動態(tài)主動傳熱和儲存流體的熱傳遞。
[0043]圖5描述了本發(fā)明的設備I，該設備具有多排埋入到近似矩形的外殼4內的熱交換器2。
[0044]本發(fā)明的設備被設計為用于從零下到1000°C或者更高的任何操作溫度。操作溫度受材料和流體性質的限制，并且適于特定的TES應用;對于連接到蒸汽汽輪機或者有機朗肯循環(huán)的熱儲存器而言通常的操作溫度范圍為200-550°C。然而，如果應用于區(qū)域供暖、冷凍儲存或者空調目的，則設備溫度可以低于凝固點，例如-40°C或低于100°C。特低溫度可能需要特殊的流體，以便在用于熱輸入和輸出的管內循環(huán)。需要說明的是，熱交換器內部的流體并不與混凝土直接接觸，這意味著使用受壓流體或者具有可能損壞用于傳熱裝置的混凝土的化學成分的流體都將不會存在問題。
【主權項】
1.一種用于可簡單擴展的熱能儲存器的設備，其特征在于，所述設備包括: 外殼，所述外殼為澆鑄模殼和加固件的結合； 硬化混凝土形式的固態(tài)熱儲存介質，所述混凝土在所述外殼內被澆鑄并且被硬化。2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述外殼為橫截面形狀為圓形的金屬殼。3.根據權利要求1或2所述的設備，其特征在于，所述外殼的一端是開放的，新澆的混凝土被灌入并澆鑄到所述開放端中。4.根據權利要求1-3中任一項權利要求所述的設備，其特征在于，所述外殼為波紋狀金屬殼，具有規(guī)則的波紋或者具有螺線型管的突起表面。5.根據權利要求1-4中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備包括作為用于熱輸入和輸出的裝置的一個或兩個熱交換器以及作為熱輸入裝置的電熱設備，，所述裝置被澆鑄到所述混凝土內從而被埋入到所述設備內。6.根據權利要求1-5中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備還包括被埋入的熱交換器，所述熱交換器的大小滿足在正常運作情況下可提供紊流。7.根據權利要求1-6中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備包括小直徑管式熱交換器;所述小直徑管式熱交換器的形式為:設置于直徑較大的具密封端的管段內的具開放端的直徑較小的管段。8.根據權利要求1-7中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備包括一個或多個形狀為U形管段的埋入式小直徑管式熱交換器，優(yōu)選為平行地排列在所述固態(tài)熱儲存材料內的兩個U型管段。9.根據權利要求1-8中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備包括用于熱輸入和輸出的嵌入式裝置，所述埋入裝置具有來自于所述設備一側的連接點或者端部;所述外殼為金屬殼;所述金屬殼的壁厚為0.1-lmm，優(yōu)選壁厚約為0.5mm，并且所述金屬殼被由鋼條彎折并形成圓形橫截面形狀，類似于通風管，并且所述金屬殼具有底蓋或者帽，并且所述固態(tài)熱儲存介質為容易澆鑄的灌漿或者混凝土混合物，其相對于正常建筑用混凝土具有增強的熱儲存能力、增強的導熱性以及對熱致開裂具有增強的抵抗力。10.—種構建如權利要求1-9中任一項所述的設備的方法，其特征在于，包括以下步驟: 將外殼置于豎直位置，所述外殼具有開放的上端； 將灌漿或混凝土混合物填充到該外殼內，一直到指定水平；利用外金屬殼作為澆鑄模殼和加固的結合。11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟: 在澆鑄前，根據需要利用間隔區(qū)和外部固定裝置，將用于熱輸入和熱輸出的裝置放置到所述外殼內； 填充灌漿或混凝土混合物直到指定水平，在該指定水平處，所述裝置的端部或連接點在豎直站立時在該設備的頂部上方向上延伸。12.根據權利要求10或11所述的方法，包括以下步驟:在澆鑄期間使所述設備振動。13.根據權利要求1-9中任一項所述的元件的應用，用于構建、按比例擴展或縮減，或者維護熱能儲存器。14.一種熱能儲存器，其特征在于，所述熱能儲存器包括:根據權利要求1-9中任一項所述的設備;隔熱殼體，所述設備設置于所述殼體內；以及用于熱能輸入和輸出的裝置。15.一種熱能儲存器，其特征在于，包括設置于所述儲存器的所述殼體內部且位于所述設備之間的傳熱和儲存流體或者相變材料。
【文檔編號】F28D1/02GK105980802SQ201480069793
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年12月19日
【發(fā)明人】保爾·博甘, 克里斯多夫·格賴納
【申請人】能源耐斯特公司